【手続補正書】
【提出日】平成18年1月17日(2006.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  熱マイクロエレクトロメカニカルシステム(ＭＥＭＳ)アクチュエータの面外作動方法であって、
平面基板に結合された第１のアンカおよび第２のアンカに固定された第１の端部および第２の端部をそれぞれ有する１つまたは複数の細長い熱バックルビームに面外バックル偏りを加えるステップと、
前記アンカを介して前記熱バックルビーム中に電流を送るステップであって、前記熱バックルビームの熱膨張と、前記基板から離れる方向への前記熱バックルビームの運動とをもたらし、それによって前記アクチュエータを駆動するステップと
を備えたことを特徴とする熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項２】  前記アクチュエータは、各バックルビームに固定されたフレームベースと、一端で前記フレームベースに固定され、かつ自由端を含む少なくとも１つのピボットアームとを含むピボットフレームをさらに含み、前記アクチュエータの駆動によって、前記自由端の面外への旋回が実現されることを特徴とする請求項１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項３】  前記面外バックル偏りを加えるステップは、バックルビームが幅広のアスペクト比を有しており、各バックルビームが前記基板に平行な幅と前記基板に垂直な厚さとを有し、かつ各バックルビームの前記幅が各バックルビームの厚さよりも大きいことを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項４】  前記面外バックル偏りを加えるステップは、前記アクチュエータが前記基板から各バックルビームの下に延びるスペーシングパッドを有することを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項５】  前記面外バックル偏りを加えるステップは、前記アクチュエータが前記バックルビームの前記端部付近に形成されたくぼみを有することを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項６】  前記熱バックルビーム中に電流を送るステップは、前記熱バックルビーム中に経時変化電流を送り、前記アクチュエータの経時変化する駆動を実現するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項７】  前記経時変化電流は周期的であり、前記アクチュエータの周期的駆動を実現することを特徴とする請求項６に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項８】  前記経時変化電流の周波数は第１の周波数であり、前記経時変化電流が、第１の範囲のたわみで前記アクチュエータの周期的駆動を実現し、前記第１の範囲のたわみが、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の経時変化電流で実現される第２の範囲のたわみよりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項９】  前記アクチュエータは固有共振たわみ周波数範囲を有し、前記経時変化電流の周波数は、前記共振たわみ周波数範囲内の第１の周波数であることを特徴とする請求項６に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項１０】  前記アクチュエータは固有共振たわみ周波数を有し、前記第１の周波数は、前記共振たわみ周波数とほぼ同じであることを特徴とする請求項９に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項１１】  前記熱バックルビーム中に電流を送るステップは、前記熱バックルビーム中に経時変化電流を送り、前記アクチュエータの経時変化する駆動を実現するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項１２】  前記経時変化電流は周期的であり、前記アクチュエータの周期的駆動を実現することを特徴とする請求項１１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項１３】  前記経時変化電流の周波数は第１の周波数であり、前記経時変化電流が、第１の範囲のたわみで前記アクチュエータの周期的駆動を実現し、前記第１の範囲のたわみが、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の経時変化電流で実現される第２の範囲のたわみよりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項１４】  前記経時変化電流の周波数は、共振たわみ周波数範囲内の第１の周波数であることを特徴とする請求項１１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項１５】  前記アクチュエータは固有共振たわみ周波数を有し、前記第１の周波数は、前記共振たわみ周波数とほぼ同じであることを特徴とする請求項１４に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの面外作動方法。
【請求項１６】  平面基板に固定された第１のアンカおよび第２のアンカと、
前記第１のアンカおよび第２のアンカにそれぞれ固定された第１の端部および第２の端部をそれぞれ有する１つまたは複数の細長い熱バックルビームであって、面外バックル偏りを含むバックルビームと、
前記アンカを介して前記熱バックルビーム中に送られる周期電流であって、前記熱バックルビームの熱膨張と、前記基板から離れる方向への前記熱バックルビームの運動とをもたらし、それによって前記アクチュエータの周期的な駆動を実現する周期電流と
を備えたことを特徴とする熱マイクロエレクトロメカニカルシステム(ＭＥＭＳ)アクチュエータ。
【請求項１７】  各バックルビームに固定されたフレームベースと、一端で前記フレームベースに固定され、前記アクチュエータが駆動されたときに面外に旋回する自由端を含む少なくとも１つのピボットアームとを含むピボットフレームをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１８】  前記周期電流の周波数が第１の周波数であり、前記周期電流が、第１の範囲のたわみで前記アクチュエータの周期的駆動を実現し、前記第１の範囲のたわみは、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の周期電流で実現される第２の範囲のたわみよりも大きいことを特徴とする請求項１７に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１９】  前記アクチュエータは固有共振たわみ周波数範囲を有し、前記周期電流の周波数が、前記共振たわみ周波数範囲内の第１の周波数であることを特徴とする請求項１７に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項２０】  前記アクチュエータは固有共振たわみ周波数を有し、前記周期電流の周波数は、前記共振たわみ周波数とほぼ同じ第１の周波数であることを特徴とする請求項１７に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項２１】  平面基板上に形成された熱マイクロエレクトロメカニカルシステム(ＭＥＭＳ)アクチュエータの構造であって、
前記基板上で互いに横切る向きに配向された第１の面外バックルビームアクチュエータおよび第２の面外バックルビームアクチュエータであって、
前記基板に固定された第１のアンカおよび第２のアンカに固定された第１の端部および第２の端部を有する複数の細長い熱バックルビームと、
バックルビームに固定されたフレームベースと、一端で前記フレームベースに結合され、自由端を含む少なくとも１つのピボットアームとを含むピボットフレームであって、前記自由端が、光反射体を含み、かつ前記アクチュエータが駆動されたときに面外に旋回するピボットフレームと、
前記アンカを介して前記熱バックルビーム中に電流を送り、前記熱バックルビームの熱膨張と、前記基板から離れる方向への前記熱バックルビームの運動とをもたらし、それによって前記各アクチュエータを駆動する電気的結合と
をそれぞれ有する第１の面外バックルビームアクチュエータおよび第２の面外バックルビームアクチュエータを備え、
前記基板上に取り付けられ、前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの一方の上に位置するボディ上に保持される面外平面フォールドミラーをさらに備え、それによって前記フォールドミラーが、前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータの前記光反射体の間で光を反射するように位置合せされ、前記ボディが、光が前記光反射体に伝播することができ、または光が前記光反射体から伝播することができるアパーチャを含むことを特徴とする熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２２】  前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータの周期的駆動をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２３】  前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータの、異なるそれぞれの第１の周波数および第２の周波数での周期的駆動をさらに有することを特徴とする請求項２１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２４】  前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータの周期的駆動をさらに有し、前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの少なくとも一方が、固有共振たわみ周波数範囲を有し、前記第１のアクチュエータと第２のアクチュエータの前記少なくとも一方の前記周期的駆動の周波数が、前記共振たわみ周波数範囲内の周波数であることを特徴とする請求項２３に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２５】  前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータは、互いに概して直交することを特徴とする請求項２１に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２６】  前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータの、異なるそれぞれの第１の周波数および第２の周波数での周期的駆動をさらに有することを特徴とする請求項２５に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２７】  前記第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータは協働し、光ビームのラスタスキャンを形成することを特徴とする請求項２６に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２８】  周期的駆動の前記第１の周波数および第２の周波数は、NTSC規格の水平テレビジョンスキャン周波数および垂直テレビジョンスキャン周波数に対応することを特徴とする請求項２７に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータの構造。
【請求項２９】  平面基板に固定された第１のアンカおよび第２のアンカと、
第１のアンカおよび第２のアンカにそれぞれ固定された第１の端部および第２の端部をそれぞれ有する１つまたは複数の細長い熱バックルビームであって、面外バックル偏りを含む熱バックルビームと、
各バックルビームに固定されたフレームベースと、一端で前記フレームベースに固定され、前記アクチュエータが駆動されたときに面外にたわむ自由端を含む少なくとも１つのピボットアームとを含むピボットフレームと、
前記ピボットアームの前記自由端の周期的たわみが共振たわみを受ける固有共振たわみ周波数範囲と
を備えたことを特徴とする熱マイクロエレクトロメカニカルシステム(ＭＥＭＳ)アクチュエータ。
【請求項３０】  周期電流が前記アンカを介して前記熱バックルビーム中に送られ、前記熱バックルビームの熱膨張と、前記基板から離れる方向への前記熱バックルビームの運動とがもたらされ、それによって前記アクチュエータの周期的駆動が実現されることを特徴とする請求項２９に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３１】  前記周期電流の周波数は、前記共振たわみ周波数範囲内の第１の周波数であることを特徴とする請求項３０に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３２】  前記アクチュエータは固有共振たわみ周波数を有し、前記周期電流の周波数は、前記共振たわみ周波数とほぼ同じ第１の周波数であることを特徴とする請求項３０に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３３】  周期的駆動に応答して周期的たわみを受けるアームを有する熱マイクロエレクトロメカニカルシステム(ＭＥＭＳ)アクチュエータにおいて、
前記アームの周期的たわみが共振たわみを受ける固有共振たわみ周波数範囲と、
平面上に配置され、前記アームに結合され、周期的駆動に応答して面外に前記アームをたわませるための面外バックル偏りを含む、１つまたは複数の細長い熱バックルビームと
を備えたことを特徴とする熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３４】  周期的駆動は、前記熱バックルビーム中に周期電流を送ることを含み、前記熱バックルビームの熱膨張と、前記基板から離れる方向への前記熱バックルビームの運動とをもたらすことを特徴とする請求項３３に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３５】  前記周期電流の周波数は、前記共振たわみ周波数範囲内の第１の周波数であることを特徴とする請求項３４に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３６】  前記アクチュエータは固有共振たわみ周波数を有し、前記周期電流の周波数は、前記共振たわみ周波数とほぼ同じ第１の周波数であることを特徴とする請求項３４に記載の熱ＭＥＭＳアクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
擬似バイモルフ熱アクチュエータは、静電アクチュエータの代替実施形態である。このアクチュエータは、２つの異なる大きさのポリシリコンアームの差分熱膨張を利用して、基板に対して平行に円弧状に変形する擬似バイモルフを生成する。このような熱アクチュエータは、単位体積当たりに生成する力が櫛形ドライブアクチュエータよりもずっと大きく(１００-４００倍)、超低電圧で動作することができる。このようなアクチュエータは、掃引運動または円弧運動がアクチュエータの平面内に限定される。
いくつかの文献に上述のような従来の技術に関連した技術内容が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】欧州特許第１２０１６０２号明細書
【特許文献２】国際公開第００／６７２６８号パンフレット
【特許文献３】欧州特許第１１４３４６７号明細書
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図１９は、バックルビーム５６の中央の近くに、基板１０に固定され、基板１０(例えば窒化物層１２)から延びる、スペーシングパッド９０の上に延びる弛緩状態の例示的バックルビーム５６を示す拡大側面図である。図が見やすいように、ピボットフレームは図示していない。図２０は、駆動状態の例示的バックルビーム５６を示す拡大側面図である。例えば、スペーシングパッド９０は、厚さ０.５μmのP０層で形成することができ、バックルビーム５６は、異なる(剥離)層で形成することができる。スペーシングパッド９０は、製作の等角の性質（conformal nature）により、各バックルビーム５６内の小さい(例えば０.５μm)こぶまたはたわみ９４を押し出す。さらに、くぼみ９２がバックルビーム５６の各端部付近に形成される。図示するように、くぼみ９２は、バックルビーム５６の底面から延びる突起またはくぼみとして、またはバックルビーム５６の上面内のへこみとして、あるいはその両方として形成することができる。MUMPの実装では、例えば２umのPOLY１層内の０.５umのくぼみとして、基板に触れないようにくぼみ９２を形成することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
バックルビーム５６、ならびにアンカ５２および５４の一方または両方は、剥離可能なMUMPポリシリコン層から製作することができるが、アンカ５２および５４は剥離しない。このようなMUMP実装では、アクチュエータ５０は、可能な厚さ１.５、２.０、または３.５μmを有することができる。ポリシリコンの抵抗率により、標準的な集積回路(例えばCMOS)に適合する電圧および電流で、アクチュエータが動作することが可能となる。加えて、本発明によるアクチュエータの面積は非常に小さく、比較的大きい力を有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
ボディ２２０の膨張係数と領域２２４内の層の膨張係数との差により、製造時の残留応力が誘発され、その残留応力により、ボディ２２０が基板２０８の平面外に傾き、または湾曲する。一実装では、ボディ２２０は、補強多層構造として形成された端部領域２２６を含み、それによって端部領域２２６で残留応力の問題が形成されることが防止される。端部領域２２６をミラー２０６と位置合せすることで、端部領域２２６により、ボディ２２０およびフォールドミラー２０６が概して平坦なままとすることが可能となる。その結果、ミラー２０６は、より正確に、アクチュエータ５０Ｈのミラー８６Ｈからの光をアクチュエータ５０Ｖのミラー８６Ｖに反射することができる。